[發明專利]用于燃氣輪機組件的排氣段的噴吹和冷卻空氣

有效

• 申請號: 201480004930.2
• 申請日: 2014-01-22
• 公開（公告）號: CN104919140B
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: H.帕塔特;C.A.紹普夫;J.H.凱蒂;A.華萊士;D.J.維貝
• 申請（專利權）人: 西門子能量股份有限公司
• 主分類號: F01D9/06
• 分類號: F01D9/06;F01D25/12;F01D25/30
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 吳俊

技術領域

本發明涉及一種燃氣輪機，更準確地說，涉及對位于燃氣輪機渦輪段的燃氣輪機排氣組件的部件進行冷卻。

背景技術

在渦輪機(例如燃氣輪機)中，空氣在壓縮機中增壓，然后在燃燒室中與燃料混合并燃燒，以產生高溫燃燒氣體。高溫燃燒氣體在包含渦輪組件的渦輪段內膨脹，能量從渦輪段提取，以驅動壓縮機并產生有用功，例如驅動發電機來發電。高溫燃燒氣體穿過一系列渦輪級。渦輪級可包括一排固定導葉，后面是一排旋轉渦輪輪葉，渦輪輪葉從高溫燃燒氣體提取驅動壓縮機的能量，并且可提供輸出功率。燃燒氣體通過位于渦輪組件的渦輪排氣殼內的氣道排出。

渦輪組件中的部件需要熱防護，以保持和延長部件壽命，例如，可利用設計到部件中和部件周圍的冷卻系統和/或利用能耐受更高溫度的貴重合金來實現此目的。典型情況下，冷卻系統從壓縮機抽取冷卻空氣(即，排氣)，這可能降低渦輪發動機機的總效率。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供一種渦輪發動機中的渦輪組件，該渦輪組件具有外殼、內殼、限定在外流道壁和內流道壁之間的環形排氣道、以及從氣道徑向地向外和徑向地向內布置的渦輪排氣殼腔。所述渦輪組件還包括把內殼支持到外殼上的多根結構撐桿。在外流道壁和內流道壁之間的延伸區域中，每根撐桿周圍布置有整流罩。第一噴吹氣道徑向地向內穿過至少一根結構撐桿，用于向內殼導引噴吹冷卻空氣，以向從內殼徑向地向內布置的至少一個部件供應噴吹冷卻空氣。第二噴吹氣道徑向地向外穿過所述至少一根結構撐桿，用于進一步從至少一個部件沿徑向向外導引噴吹冷卻空氣，以向從外流道壁徑向地向外布置的排氣殼腔的外側位置提供噴吹空氣流。

第一噴吹氣道可由穿過撐桿中部的管狀通道形成。

第二噴吹氣道可由在撐桿的徑向外端與內端之間沿徑向延伸的開口腔形成，管狀通道可穿過開口腔。

開口腔在平行于所述排氣道的軸向上可以是細長的，撐桿孔口可布置為從開口腔穿過撐桿的軸向延伸側面延伸至撐桿的外部區域，并與所述排氣道隔離。

撐桿孔口可位于撐桿的徑向外端附近，可在撐桿的外表面周圍布置撐桿護罩，并且撐桿護罩和撐桿的外表面可限定其間的縫隙，用于沿撐桿的外表面從撐桿孔口徑向地向內導引噴吹空氣流。

所述渦輪組件還可包括位于撐桿護罩的徑向內端處的出口，該出口用于從第二噴吹氣道向從內流道壁徑向地向內布置的排氣殼腔的內側位置提供受控噴吹空氣流。出口可在與內殼相鄰的撐桿內從開口腔沿軸向朝下游延伸。

所述渦輪組件還可包括穿過第一噴吹氣道的油管，所述油管徑向地向內延伸至渦輪發動機的后軸承的軸承室。

從第一噴吹氣道流出的空氣可向位于渦輪發動機的軸承室外殼與轉子軸之間的密封件提供外部密封壓縮空氣。

在內殼和軸承室外殼之間可布置有腔室，在該腔室中，密封壓縮空氣與從渦輪發動機的渦輪級的徑向內側冷卻空氣腔排出的空氣混合，并徑向地向外朝內殼處的第二噴吹氣道的入口流動。

在撐桿與整流罩之間可布置有連接噴吹氣道，并且該連接噴吹氣道在外流道壁與內流道壁之間延伸，用于把輸送至排氣殼腔的外側位置的噴吹空氣從徑向地向內布置的第二噴吹氣道導引至從內流道壁徑向地向內布置的排氣殼腔的內側位置。

撐桿可包括在可分離的緊固件連接處附接至外殼和內殼的可拆卸構件。

外殼可限定位于渦輪發動機的核心渦輪與動力渦輪之間的中間渦輪殼。

根據本發明的另一個方面，提供一種渦輪發動機中的渦輪組件，該渦輪組件具有外殼、內殼、限定在外流道壁和內流道壁之間的環形排氣道、以及從氣道徑向地向外和徑向地向內布置的渦輪排氣殼腔。所述渦輪組件還包括在內殼與外殼之間延伸的多根撐桿。第一噴吹氣道徑向地向內穿過至少一根撐桿，用于向內殼導引噴吹空氣，以向從內殼徑向地向內布置的至少一個部件供應噴吹空氣。第二噴吹氣道具有位于內殼處的入口，并徑向地向外穿過所述至少一根撐桿，用于進一步徑向地向外導引噴吹冷卻空氣，以向從外流道壁徑向地向外布置的排氣殼腔的外側位置提供噴吹空氣流。

一條通道可在渦輪發動機內軸向向前延伸，用于把從第一噴吹空氣通道流出的噴吹空氣導引至與渦輪級冷卻腔相鄰的位置，在該位置處，噴吹空氣與來自于渦輪級冷卻腔的空氣混合，并且該通道可包括用于軸向向后朝第二噴吹空氣通道的入口導引噴吹空氣的腔室。

噴吹空氣可從渦輪發動機的壓縮段中的第一供給位置供至第一噴吹氣道，冷卻空氣從可壓縮段的與第一供給位置不同的第二供給位置供至渦輪級冷卻腔。